地下水化学成分的形成作用

发布网友发布时间：2022-04-24 17:12

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热心网友时间：2023-10-25 02:52

地下水主要来源于大气降水，其次是地表水。这些水在进入含水层以前就从大气或接触的其他媒介中获取某些物质，进入含水层后，与岩土不断作用，使其化学成分进一步发生改变。有以下7种形成作用。

1.溶滤作用

在水与岩土的相互作用下，岩土中的一部分物质转入地下水中，这就是溶滤作用。溶滤作用使岩土失去部分物质，地下水则增加了新的组分。水是由一个带负电荷的氧离子和两个带正电荷的氢离子组成。由于氢氧分布不对称，近氧原子一端形成负极，构成极性分子。水与岩土作用时，带电性的水极性分子，往往将矿物晶格中联结力弱的离子俘获到水中，溶滤作用是一种自然界广泛存在的水岩相互作用。

2.脱碳酸作用

水中CO₂的溶解度受周围环境的温度和压力控制。CO₂的溶解度随温度升高或压力降低而减小，其中一部分CO₂便成为游离CO₂从水中逸出，这就是脱碳酸作用。其结果使地下水中的及Ca²⁺、Mg²⁺减少，矿化度降低：

生态水文地质学

深部地下水压力较高，沿断裂或构造裂隙上升，出露地表，形成上升泉，在泉口压力减小，由于脱碳酸作用，在泉口往往形成钙华。例如，云南中甸的白水台和四川黄龙多彩的泉华景观，就属于典型的脱碳酸作用形成泉口钙华堆积。深层地下水温度较高，由于脱碳酸作用使Ca²⁺、Mg²⁺从水中析出，往往造成含水层钙质胶结明显，水中阳离子通常以Na⁺为主。

3.脱硫酸作用

在还原环境中，当存在有机质时，水中的有机盐和为脱硫菌群落提供了良好的繁衍条件。脱硫菌在繁衍过程中将还原成H₂S，同时将有机盐氧化成CO₂。该过程可以乳酸盐为例：

生态水文地质学

脱硫酸作用的结果使地下水中的减少，甚至消失，而则有所增加。只要在还原环境中存在有机质，都可以发生脱硫酸作用，它是一种较为普遍的水化学作用，既可发生在浅部包气带中，也可发生在深部储油构造中。在储油构造中，脱硫酸作用会消耗一部分油气资源和，产生H₂S。因此，在某些油田水中出现H₂S，而含量较低的特征，这一特征可作为寻找油田的辅助标志。另外，油田在注水驱油过程中，注水前，都要对水进行灭菌，主要是杀灭脱硫菌，以防脱硫酸作用发生。因为，脱硫酸作用不仅会消耗油气资源，而且其产生的H₂S，还原性强，与溶解氧相遇后，会氧化成H₂SO₄，对井管有很强的腐蚀作用。

4.阳离子交替吸附作用

岩土颗粒表面带有负电荷，能够吸附阳离子。在一定条件下，颗粒将吸附地下水中的某些阳离子，而把原来吸附的部分阳离子转回地下水中，这便是阳离子交替吸附作用。

不同的阳离子吸附于岩土表面的能力不同，按其吸附能力大小，自大而小排序如下：H⁺＞Fe³⁺＞Al³⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺。离子价愈高，离子半径愈大，水化离子半径愈小，则吸附能力愈大。只有H⁺是例外。

当含Ca²⁺的地下水，进入有离子吸附的岩土时，水中的Ca²⁺便置换出岩土所吸附的部分Na⁺离子，使地下水中的Na⁺增多而Ca²⁺减少。土壤改良中常在含Na⁺离子较多的板结土地中加入石灰，使Ca²⁺置换出岩土中过多的Na⁺离子，改善土壤性能。

地下水中某种离子的交替吸附能力，随其相对浓度增高而增强。例如，海水入侵陆相沉积物时，水中过多的Na⁺将置换岩土中原先吸附的Ca²⁺。

岩土的吸附能力决定了阳离子交替吸附作用的规模。岩土的颗粒愈细，比表面积愈大，交替吸附作用的规模也就愈大。因此，粘性土最容易发生交替吸附作用。

5.浓缩作用

在干旱、半干旱地区的平原和盆地的低洼处，地下水埋藏不深，蒸发成为地下水排泄的主要方式。蒸发使盐分留在地下水中，随着时间的延续，地下水逐渐浓缩，矿化度不断增加。伴随着矿化度的上升，地下水中溶解度较小的盐类相继达到饱和而析出，易溶盐类的离子逐渐成为水中的主要成分。

例如，低矿化的地下水中，阴离子以为主，第二位的是，Cl^-含量很小；阳离子以Ca²⁺、Mg²⁺为主。随着蒸发浓缩，溶解度小的钙、镁的重碳酸盐析出，及Na⁺逐渐成为主要成分。继续蒸发，水中的硫酸盐达到饱和，析出后，便形成以 Cl^-和Na⁺为主的高矿化水。浓缩作用主要发生在干旱、半干旱地区，及水位埋深浅的地下水排泄区，如河间洼地、洪积扇溢出带的下缘及内陆河的下游地带。

6.混合作用

成分不同的两种水汇合在一起，形成化学成分与原来两种水都不相同的地下水，这就是混合作用。混合作用常发生在地下水与地表水交汇处（海滨、湖畔、河旁）及深层地下水补给浅层含水层处。混合作用往往使地下水的水化学类型发生变化，也有可能发生化学反应，形成完全不同的地下水。例如，当浅部古河道中以、Ca²⁺为主的水与古河间洼地中以、Na⁺为主的水混合时，石膏析出，在古河道与古河间洼地之间形成以、Na⁺为主的苏打水：

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7.人类活动在地下水化学成分形成中的作用

近几十年来，随着生产力与人口的增长，人类活动对地下水化学成分的影响愈来愈大，主要表现两个方面：一是工业和生活废弃物对地下水的污染，二是大规模地改变了地下水的形成条件，使地下水成分发生改变。

工业产生的废气、废水、固体废渣以及农业大量使用化肥、农药，还有大量排放的生活污水，对地下水造成污染，使得地下水中原先含量很低的有害元物质，如酚、氰、汞、铬、铅、亚*等大幅上升，使很多地方的潜水含水层受到污染，有害元素含量超标，丧失了利用价值。

人为活动改变地下水的形成条件，使地下水质发生变化，表现在以下几个方面：

1）在滨海地区过量地开采地下水，引起海水入侵，使矿化度增加，水变咸。如在我国的大连、北海、威海、宁波等城市这种情况均有发生。

2）干旱和半干旱地区大量引地表水灌溉，使地下水上升，引起大面积的盐渍化。这种现象在青海柴达木盆地、河西走廊、新疆灌区屡见不鲜。另外，在这一地区建水坝，也会引起地下水位上升，引起大面积的盐渍化。如位于柴达木盆地的格尔木市，1975 年在格尔木河上游建水坝发电，提高了上游水位，增加了河流对地下水的补给量，使地下水位上升，造成格尔木原市区北部发生盐渍化，许多楼房因地基砖被侵蚀，强度降低而倒塌。

3）通过开采地下水使水位下降，减少地下水的蒸发，并灌水洗盐，消除盐渍化。如1982年以前，河南濮阳市赵庄一带原是一片沼泽盐滩，中原油田勘探局在附近建立基地后，大量开采地下水，水位大幅下降，沼泽、盐渍消失，附近的盐渍地变为高产良田。

目前人类干预自然的能力愈来愈强，因此，防止人类活动对地下水水质产生不利的影响，显得十分重要。